CDIO模式下工業設計專業《電子電工》課程改革探索

郝曉曦

李辛沫

（五邑大學機械工程及其自動化系，江門529020）

1 教改背景

工業設計是一門涉及科學和美學、技術和藝術的以產品設計為主要對象的新興的綜合性學科，它是將先進的科學技術和現代審美觀念有機地結合起來，最終實現“人-機（產品）-環境”的和諧統一。根據上述特點，教育部工業設計課程指導委員會在該專業的課程設置上明確規定了兩類：①藝術設計類課程，以培養藝術素養和設計思想、設計方法為目的；②工程技術類課程，著眼于輸送科學思想、傳授工程技術知識，《電子電工》就是其中必修的內容。

由于五邑大學的工業設計專業隸屬于機電系，授予的是工學學位，因此，該校的工業設計專業屬于工科類，對于《電子電工》課程采用的是獨立設課。同時，由于工業設計不是純工程設計，也就決定了工業設計專業的《電子電工》課程有別與純工程設計專業。根據該校工業設計專業授課的情況，以及調研國內同類大學工業設計專業的情況來看，發現包括《電子電工》課程在內的工程技術課程的教學研究明顯不足。具體表現為以下三點：

①缺乏恰當的教學定位。工業設計學生學習《電子電工》的主要目的是為產品造型設計服務，通過了解常見工業產品電路結構的一般性設計、測試方法和安全標準，使得在設計電器產品外觀造型時獲得必要的工程技術依據。然而，目前工業設計的教學大綱的安排與純工科相似，強調理論性和技術性，卻忽略了實用性，使得該門課程的教學定位脫離了培養目標。

②教學內容與專業需求聯系不緊密。目前工業設計專業的《電子電工》課程的內容包括電路基礎、模擬電路分析與設計以及數字電路分析與設計三個部分，主要講授原理、技術與設計方法等。然而對于電路結構對外形設計的要求、外形設計對電路結構的影響、外形的安全測試標準等都沒有提及。從教學內容方面該課程對外型設計沒有起到應有的工程輔助作用。

③課程實驗環節缺乏針對性。當前的課程實驗主要以驗證性實驗和簡單的設計實驗為主，學生在實驗環節僅僅是按照實驗指導教師的要求完成實驗，實驗過程和結果也與外形設計無關。學生在實驗環節沒有能夠將結構設計與造型設計有機地聯系起來。

綜上所述，工業設計專業《電子電工》課程的教學改革是必要與重要的。

2 CDIO模式下課程改革思路

CDIO工程教育模式是近年來國際工程教育改革的最新成果，代表構思（Conceive）、設計（Design）、實現（Implement）和運作（Operate），它以產品研發到運行的生命周期為載體，讓學生以主動的、實踐的、課程之間存在有機聯系的方式學習工程。

CDIO模式提出了四個層次的學生能力培養：①掌握必要的技術知識和推理能力；②鍛煉個人的職業技能與素質；③加強學生人際技能、團隊與溝通能力；④在企業與社會環境下的構思、設計、實現以及運用。

CDIO模式能很好地體現教改的目的——讓工業設計的學生掌握一定的工程常識，并運用抽象的知識創造具象的產品的能力。在此模式下，要求在整個課程講授過程中強調基礎教育的同時，將講授內容置身于產品生命周期的具體環境中，即以項目實現為教育的組織原則，將企業界的需求與工程教育緊密結合，在技術基礎上給學生提供更多的工程知識，培養產品設計師成長為在社會與外部工程環境中，進產品、新流程或新系統創造和執行過程中的領導者。

五邑大學作為全國18所CDIO的試點單位，而機電系又為五邑大學的試點單位，借此契機，可以將CDIO的教學模式和教學理念應用于《電子電工》課程的改革中來。另一方面，由于該校地處珠三角地區，周邊的相關企業，特別是一些與該校建立產學研基地的企業，能夠提供充足的教學實踐場所。為此，提出如圖1所示的改革思路。

首先進行需求分析。工業設計教育的最終目標是培養高素質的設計師，以適應市場的需求和發展。市場是決定一切的根源，要培養怎樣的工業設計師，設計師需要具備什么樣的素質，只能到企業進行調研，從工業設計在企業整個運作鏈條中的位置及企業的需求中尋找答案。

第二步，根據企業需求，進行教學定位，制定教學大綱，包括理論與實驗環節。

第三步，根據教學大綱進行基于CDIO模式的教學內容改革與教學手段改革。

第四步，CDIO模式下的評價、反饋與總結。

3 CDIO模式下的課程改革探索

圖1 改革思路

3.1 教學定位

通過與相關企業的座談與對本地小家電企業的調研發現，企業需要的工業設計師應該具有：對產品工藝和結構等技術方面的了解、熟悉與外形設計有關的國家標準以及滿足產品造型安全性的檢測等。由此確定了工業設計專業開設《電子電工》課程的主要目的是需要學生通過對該課程的學習，掌握基本的電工電子技術，了解常見電子產品的結構，為該類產品造型設計提供必要的工程依據。

3.2 教學內容制定

根據調研結果和企業需求，將教學大綱作了相應的調整，制定了符合工程的教學內容。其中，課堂授課部分的內容作了如下調整：將以往的電子電路的基礎知識進行壓縮（約占總課時的1/2），增加與電子類產品造型相關的標準，例如3C、UL等常用標準（約占總課時的1/4），電子產品安全性測試方法與產品造型設計安全性原則等內容（約占總課時的1/4）。同時還會根據調整過的教學內容，編制一本能夠適用于該校工業設計專業特點的《電子電工》教材。

實驗教學方面，基本思路是“從模仿到設計”。即將實驗教學的場所由學校搬移至產學研合作基地，學生通過學習已有產品（例如燈飾、小家電等）的設計過程、設計方法、設計經驗等，讓學生對實際電子類產品的結構設計與造型設計的方法、思路、經驗等有了足夠的認識后，再將學到的這些實際經驗應用于自己的設計中去。將驗證性實驗的教學由實驗教師完成變為由企業中的特聘教學完成。這樣可以將課堂的抽象理論學習轉化為生產實踐中的具體應用，學生的學習熱情被激發，學習效率顯著提高。

3.3 教學實踐

依據CDIO理念，教學的目標是通過學習該課程，增強學生的“構思-設計-實施-運作實踐”的能力。在具體的教學實施過程中，將課堂教學分為兩部分：第一部分，基礎專業知識的講授，由工科的教師擔任，主要是建立學生對電子電工技術中常用的基本技術和方法的使用原則；第二部分，工程實踐的講授，這部分以講座的形式授課，邀請相關企業的工程技術人員作為特聘教師，以企業實際項目為例，系統全面地剖析產品造型與產品結構、工藝之間的聯系，同時，解答學生在實驗或學習中遇到的實際問題。

實驗教學部分，改“學校——學校”的訓練方式為“學校——企業——學校”的訓練方式，安排學生深入產學研企業，通過對企業中各類電子類產品開發周期的了解，學習其開發經驗，開發的方法。回到學校后，學生根據自己的興趣選擇參觀到的某一具體產品作為訓練項目，仿照學習到的開發過程，重新完成開發過程。這種訓練方式讓學生在課程中將學習和實際應用相配合，能夠充分了解工業設計實踐教學的動機；從基礎學習階段深入到實際應用與技巧的使用，切身體驗實際項目的經驗與專業設計知識的均衡發展，能使學生真正體會到設計理念的真諦及實踐教學的真正意義；由于實際設計項目的參與，使學生日后的設計相關工作經驗更為豐富，有利于培養學生發現、分析和解決問題的能力。學生對看到的和學到的內容有更深刻的了解和理解。具體完成過程如圖2所示。

除此之外，還將這門課程學到的內容與工業設計專業其他課程進行“嫁接”。比如與工業產品造型設計課程、產品包裝等課題聯合，形成綜合性大實驗項目，讓學生通過這些綜合性項目對工程類課程與藝術類課程很好地結合與應用，鍛煉其綜合分析運用能力。

3.4 綜合評價

根據CDIO理念，針對《電工電子》課程改革的目的，對學生評價方法也做了調整。改原來的純理論考試為理論考試與實驗考查各占50%，其中，在實驗環節的成績又分為幾個方面：學生在團隊中起的作用，與團隊的合作與交流占10%，綜合利用工程方法能力占30%，作品展示期間，由參與評價的其他老師和同學的打分占10%。這樣一來，能夠更加客觀地反映學生對基本技能的掌握和對工程實踐的認識，加強學生人際技能、團隊與溝通能力。

圖2 學生實驗流程

4 CDIO模式下教學改革探索與實踐總結

《電子電工》課程在CDIO模式下的教學改革經過一段時間的試實施，表現出如下特點：

①在端正學生學習態度、明確學習方向、提高工程意識和團隊合作意識等方面發揮出明顯作用；

②改變學生傳統的學習模式，將被動的學習向自覺學習轉變，學習興趣和學習的主觀能動性被積極地調動起來；

③學生發現、分析和解決問題的能力得到了一定的提高；

④對于教師，雖然工作量和強度明顯增大，但是對提升教師自身素質有顯著效果；

⑤對工業設計工科類課程的教學大綱與教學方式提供了良好的借鑒。

對于工業設計專業來說，學生的工程思想和方法是本專業今后教育中必須重視與加強的，因此，該專業的工程類課程的改革也是今后工作的方向。如何將工業設計中藝術類課程與工程類課程完美地結合起來，是教師日后工作的最終目標。同時也希望為同類學校工業設計專業的工程類課程的改革提供一定的思路與方法。

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